控制五軸加工機的數值控制裝置制造方法
【專利摘要】本發明提供一種控制五軸加工機的數值控制裝置。該控制五軸加工機的數值控制裝置具有刀具方向指令校正單元，以使加工程序的刀具方向變化平滑的方式對刀具方向向量進行校正。刀具方向指令校正單元參照由刀具方向校正公差設定單元預先設定的刀具方向校正公差。
【專利說明】控制五軸加工機的數值控制裝置
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種控制通過三個直線軸和兩個旋轉軸對安裝在工作臺上的加工物 進行加工的五軸加工機的數值控制裝置。
【背景技術】
[0002] 當使用五軸加工機對加工物進行加工時，一般使用以下加工技術，即根據所指令 的加工物與刀具之間的相對移動速度，對刀具前端點的移動路徑和刀具方向的移動指令插 補刀具前端點的移動路徑的同時也插補刀具方向，刀具方向變化的同時，刀具前端點以所 指令的速度在所指令的移動路徑上進行移動。這樣的指令和加工技術被稱為刀具前端點控 制，程序指令通常通過CAM而生成。
[0003] 在日本特開2003-195917號公報中公開了如下技術，即根據加工物與刀具之間的 相對移動速度，分別對刀具前端點的移動路徑和刀具方向的移動指令進行插補的同時對移 動路徑的插補點進行校正，從而驅動伺服電動機使得刀具前端點以所指令的速度在所指令 的移動路徑上移動。
[0004] 在日本特開2005-182437號公報中公開了如下技術，即進行通過指令刀具前端點 的移動路徑的點列和指令刀具方向的向量列，加工點變化從指令點列生成的曲線，表示刀 具方向的向量前端點變化從指令向量列生成的曲線的插補。在日本特開2009-146152號公 報中公開了一種關于刀具方向指令單元的技術，即進行校正使得兩個旋轉軸移動量與直線 軸移動量之間的比成為恒定。此外，在日本特開2009-146152號公報中表示出了針對生成 CAM的程序的刀具前端點的移動路徑即直線軸指令的長度刀具方向的變化不成比例地進行 較大變化的情況。
[0005] 將從刀具前端點向刀具方向偏離了刀具長度部分的位置稱為控制點。當控制為刀 具前端點沿著所指令的移動路徑時，將放大刀具長度的每個程序塊的刀具方向的變化加算 到控制點上。因此，當刀具方向向量有較大變化時，例如即使刀具前端點的指令路徑平滑， 控制點的移動并不一定限于是平滑的動作。當控制點的移動路徑不平滑時，伺服電動機為 了跟蹤其路徑需要進行急劇的加減速，從而產生加工時間的延長或加工物的表面精度下降 等不好影響。
[0006] 在日本特開2009-146152號公報中記載的刀具方向指令校正單元中，直接校正旋 轉軸指令。因此，無法控制向哪個方向校正刀具方向向量。例如，在利用刀具側面的加工 中，加工面法線方向的校正量變大，則產生向加工物的需要以上的切削，產生加工物的表面 精度下降。此外，當有機械等障礙物的方向的校正量變大，則有可能產生如圖1所示的刀具 與機械的干擾。
【發明內容】
[0007] 因此，本發明的目的是提供一種控制五軸加工機的數值控制裝置，其在刀具前端 點控制中，校正刀具方向向量使得所指定的方向的校正量變小，抑制加工時不需要的機械 的加減速，能夠縮短加工時間和提高加工物的加工面的表面精度。
[0008] 根據本發明的數值控制裝置，在控制針對安裝在工作臺上的加工物進行加工的由 三個直線軸和兩個旋轉軸構成的五軸加工機的數值控制裝置中，具有：指令讀取單元，其讀 取所述直線軸的移動路徑指令、所述加工物和刀具之間的相對移動速度指令以及針對作為 所述工作臺的刀具方向指令和刀具長度；刀具方向校正公差設定單元，其設定校正刀具方 向的閾值即刀具方向校正公差；刀具方向指令校正單元，其進行校正使得所述刀具方向指 令成為在所述刀具方向校正公差以內；插補單元，其根據通過所述刀具方向指令校正單元 而校正的所述刀具方向指令、所述移動路徑指令以及所述相對移動速度指令，求出每個插 補周期的各軸位置以便使刀具前端點以所指令的相對移動速度在所指令的移動路徑上移 動；以及驅動各軸電動機的單元，其驅動各軸電動機使得向通過所述插補單元求出的各軸 位置進行移動。
[0009] 指令所述刀具方向指令作為刀具方向向量，所述刀具方向指令校正單元可以校正 所指令的所述刀具方向向量。
[0010] 或者，通過兩個旋轉軸的位置指令所述刀具方向指令，所述刀具方向指令校正單 元可以校正所指令的所述兩個旋轉軸的位置。并且，所述刀具方向指令校正單元將所指令 的兩個旋轉軸的位置轉換成刀具方向向量，校正轉換后的所述刀具方向向量，將校正后的 所述刀具方向向量逆轉換成兩個旋轉軸的位置。
[0011] 賦予所述刀具方向校正公差作為I、J、K(x、Y、z軸方向），所述刀具方向指令校正 單元進行校正使得成為所指令的所述刀具方向校正公差以內。
[0012] 或者，賦予所述刀具方向校正公差作為刀具前進方向公差以及加工面法線方向公 差，所述刀具方向指令校正單元進行校正使得成為所述刀具前進方向公差以及所述加工面 法線方向公差以內。
[0013] 或者，賦予所述刀具方向校正公差作為任意方向的公差，所述刀具方向指令校正 單元進行校正使得成為所述任意方向的公差以內。
[0014] 所述指令讀取單元在被指令了刀具方向指令校正模式時，到指令刀具方向指令校 正模式解除為止先讀出預先設定的數量的程序塊作為校正對象程序指令，所述刀具方向指 令校正單元可以對所述校正對象程序指令中的刀具方向指令進行校正。并且，可以通過G 代碼指令所述刀具方向指令校正模式，通過與所述G代碼不同的G代碼指令所述刀具方向 指令校正模式解除。
[0015] 通過具備以上的結構，本發明能夠提供一種控制五軸加工機的數值控制裝置，其 在刀具前端點控制中，校正刀具方向向量使得所指定的方向的校正量變小，抑制加工時不 需要的機械的加減速，能夠縮短加工時間或提高加工物的加工面的表面精度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016] 參照附圖對以下的實施例進行說明，從而使本發明的所述以及其他目的以及特征 更加明確。
[0017] 圖1是說明現有技術中的刀具與機械發生干擾的情況的圖。
[0018] 圖2是實施方式一的加工程序指令的例子。
[0019] 圖3是通過父、￥、2坐標表示向乂、￥、2軸的位置指令？1(?11，？71，？21)?？10(卩叉10， PylO，PzlO)，通過一維坐標表示I的刀具方向指令Pil?PilO,并顯示其對比的圖。
[0020] 圖4是說明I、J、K空間中的刀具方向向量的前端的圖。
[0021] 圖5是通過X、Y、Z坐標表示向X、Y、Z軸的位置指令，通過一維坐標表示I的刀具 方向指令的圖。
[0022] 圖6是說明將在圖3所示的I、J、Κ空間中的刀具方向向量Pdn的軌跡被校正成 Rdn的圖。
[0023] 圖7是說明Un軸與刀具前進方向一致，Vn軸與加工面法線方向一致的坐標系統 的圖。
[0024] 圖8是說明刀具方向公差的圖。
[0025] 圖9是程序指令例。
[0026] 圖10是說明機械結構的圖。
[0027] 圖11是說明通過兩個旋轉軸旋轉工作臺的工作臺旋轉型五軸加工機的圖。
[0028] 圖12是說明通過一個旋轉軸旋轉刀具頭，通過另一個旋轉軸旋轉工作臺的混合 型五軸加工機的圖。
[0029] 圖13是功能框圖。
[0030] 圖14是表示刀具方向指令校正單元的處理的流程圖。
[0031] 圖15是控制裝置的主要部件的框圖。
【具體實施方式】
[0032] (實施方式一）刀具前端點加工
[0033] 作為實施方式一，以圖2所示的程序指令的一例進行說明。當成為刀具方向指令 校正模式時，到解除刀具方向指令校正模式為止，僅將最大先讀程序塊數量的程序塊先讀 為校正對象程序指令，對先讀出的校正對象程序指令中的各程序塊校正刀具方向指令，使 得直線軸的移動量與刀具方向向量的變化量的比成為恒定。另外，另外設定最大先讀出程 序塊數量作為參數。
[0034] 在此，Gaa是指令刀具方向指令校正模式的G代碼，Gbb是指令刀具方向指令校正 模式解除的G代碼。指令刀具方向作為基于X、Y、Z軸方向的被標準化的I、J、k的刀具方 向向量。
[0035] 在日本特開2003-195917號公報中公開了指令刀具方向作為刀具方向向量的方 法。在指令Gaa之前作為模態指令Ff已經指令了通過X、Y、Z所指令的刀具前端點的移動 路徑中的加工物與刀具之間的相對移動速度f。
[0036] 各程序塊的X、Y、Z軸的移動指令和I的刀具方向指令如圖3所示。在圖3中，通 過 Χ、Υ、Ζ 坐標表示向 X、Υ、Ζ 軸的位置指令 PI (Pxl，Pyl，Pzl)?Ρ10 (PxlO, PylO, PzlO)，通 過一維坐標表示I的刀具方向指令Pil?PilO,并表示其對比。在圖3中，將刀具方向向量 的X成分I作為代表進行了記載，關于J、K也是相同的。P0(Px0, PyO, PzO)是Gaa指令時 刻的各軸的位置。Pi〇、Pj〇、PkO是通過Gaa指令時的兩個旋轉的位置決定的被標準化的刀 具方向向量的X、Y、Z成分。
[0037] 因此，當刀具前端點以速度€在？0(?10，？70，？20)?？10(?110，？710，？ 210)之間 進行移動的期間，刀具方向向量的X成分I從PiO到Pi 10發生變化，刀具方向向量的Υ成 分J從PjO到Pjio發生變化，刀具方向向量的Z成分K從PkO到PklO發生變化。
[0038] 在各程序塊中，I、J、k如以下方式按照每個程序塊與刀具前端點的移動同步地發 生變化，即當刀具前端點以速度f在P〇 (PxO, PyO, PzO)?PI (Pxl，Pyl，Pzl)之間移動的期 間，刀具方向向量的X成分I從PiO到Pil發生變化，J從PjO到Pjl發生變化，K從PkO到 ?讓1發生變化，當刀具前端點以速度€在？1(?11，？ 71，？21)?？2(?12，？72，？22)之間進行 移動的期間，刀具方向向量的X成分I從Pil到Pi2發生變化，刀具方向向量的Y成分J從 Pjl到Pj2發生變化，刀具方向向量的Z成分K從Pkl到Pk2發生變化。
[0039] 圖4表示1、了、1^空間中的刀具方向向量的前端？(10(?10，？」0，？1^)?？(110(?110， PjlO, PklO)。由于PdO?PdlO是被標準化的向量，因此其前端成為半徑I的球面上的點。 將Gaa至Gbb之間作為10程序塊的指令的例子，但并不局限于程序塊數量。將各軸位置指 令設為絕對值指令。
[0040] 在此，通過公式（1)?（3)表示各程序塊中的直線軸移動量與刀具方向向量的各 成分的變化量的比。另外，在公式（1)?（3)中η為0?9。
【權利要求】
1. 一種控制針對安裝在工作臺上的加工物進行加工的由三個直線軸和兩個旋轉軸構 成的五軸加工機的數值控制裝置，其特征在于，該數值控制裝置具有： 指令讀取單元，其讀取所述直線軸的移動路徑指令、所述加工物和刀具的相對移動速 度指令以及作為針對所述工作臺的刀具方向的刀具方向指令和刀具長度； 刀具方向校正公差設定單元，其設定用于校正刀具方向的閾值即刀具方向校正公差； 刀具方向指令校正單元，其進行校正使所述刀具方向指令成為在所述刀具方向校正公 差以內； 插補單元，其在每個插補周期求出各軸位置，以便刀具前端點根據通過所述刀具方向 指令校正單元校正的所述刀具方向指令、所述移動路徑指令以及所述相對移動速度指令， 按照所指令的相對移動速度在所指令的移動路徑上移動；以及 驅動各軸電動機的單元，其驅動各軸電動機，使得向通過所述插補單元求出的各軸位 置進行移動。
2. 根據權利要求1所述的數值控制裝置，其特征在于， 指令所述刀具方向指令作為刀具方向向量，所述刀具方向指令校正單元校正所指令的 所述刀具方向向量。
3. 根據權利要求1所述的數值控制裝置，其特征在于， 通過兩個旋轉軸的位置指令所述刀具方向指令，所述刀具方向指令校正單元校正所指 令的所述兩個旋轉軸的位置。
4. 根據權利要求3所述的數值控制裝置，其特征在于， 所述刀具方向指令校正單元將所指令的兩個旋轉軸的位置轉換成刀具方向向量，校正 轉換后的所述刀具方向向量，將校正后的所述刀具方向向量逆轉換成兩個旋轉軸的位置。
5. 根據權利要求1至4中的任意一項所述的數值控制裝置，其特征在于， 賦予所述刀具方向校正公差作為I、J、K(X、Y、Z軸方向），所述刀具方向指令校正單元 進行校正使得成為所指令的所述刀具方向校正公差以內。
6. 根據權利要求1至4中的任意一項所述的數值控制裝置，其特征在于， 賦予所述刀具方向校正公差作為刀具前進方向公差以及加工面法線方向公差，所述刀 具方向指令校正單元進行校正使得成為所述刀具前進方向公差以及所述加工面法線方向 公差以內。
7. 根據權利要求1至4中的任意一項所述的數值控制裝置，其特征在于， 賦予所述刀具方向校正公差作為任意方向的公差，所述刀具方向指令校正單元進行校 正使得成為所述任意方向的公差以內。
8. 根據權利要求1至7中的任意一項所述的數值控制裝置，其特征在于， 當指令了刀具方向指令校正模式時，所述指令讀取單元先讀預先設定的數量的程序塊 作為校正對象程序指令，直到指令刀具方向指令校正模式解除為止，所述刀具方向指令校 正單元對所述校正對象程序指令中的刀具方向指令進行校正。
9. 根據權利要求8所述的數值控制裝置，其特征在于， 通過G代碼來指令所述刀具方向指令校正模式，通過與所述G代碼不同的G代碼來指 令所述刀具方向指令校正模式解除。
【文檔編號】G05B19/19GK104281092SQ201410323287
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年7月8日 優先權日:2013年7月8日
【發明者】村上大樹 申請人:發那科株式會社